Az európai Gaia űrmisszió 2023. október 10-én kiadott célzott adatközlése (Focused Product Release, FPR) keretében tudományos eredmények újabb tárházát tette közzé a galaxisunkról és azon túlról is. Az égboltfelmérő küldetés keretében a kutatók többek között újabb félmillió csillagot katalogizáltak egy sűrű csillaghalmazban, közel négyszáz lehetséges kozmikus lencsét azonosítottak, és több mint százötvenezer kisbolygó pozícióját pontosították a Naprendszerben. A célzott adatközlés a több mint négyszáz kutatót tömörítő Gaia Adatfeldolgozó és -Elemző Konzorcium (Gaia DPAC) közös munkája révén született meg, amelyben a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének (HUN-REN CSFK CSI) nyolc kutatója is aktívan részt vett.
A Gaia űrtávcső számtalan dimenzióban térképezi fel galaxisunkat és környezetét a valaha volt legpontosabb csillagkatalógus elkészítése céljából. Ennek segítségével nagyon részletes képet kaphatunk helyünkről az Univerzumban és a rengeteg különböző típusú égitest működéséről körülöttünk. A küldetés legújabb, célzott adatközlése fontos hozzájárulás a kozmikus térképhez. Az új adatok izgalmas és váratlan tudományos eredményekhez vezettek, amelyek messze meghaladják a Gaia űrtávcső eredetileg tervezett képességeit.
Áttekintő ábra a Gaia FPR öt fő eredményéről. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC)
Félmillióval több csillag a Gaia új megfigyelési módjával
A Gaia 2022-es, harmadik adatközlése több mint 1,8 milliárd csillagról tartalmazott adatokat, amellyel már igen részletes képet tudott festeni a Tejútrendszerről és galaxisunk kozmikus környezetéről. Csakhogy ezen a térképen maradtak még fehér foltok. Az űrtávcső nem tudta teljesen feltérképezni például azokat a területeket, ahol igazán sűrűn helyezkednek el a csillagok. Ilyenkor csak a fényesebb csillagok adatait rögzítette, a halványakat kihagyta.
Az ilyen területekre jó példák a gömbhalmazok. Ezek a csillaghalmazok az Univerzum legöregebb objektumai közé tartoznak, így nagyon hasznosak a kozmikus múltunkat vizsgáló kutatók számára. Csakhogy e halmazok közepe annyira tele van csillagokkal, hogy azok összefolyva látszódhatnak a távcsöveken keresztül, így nehéz lehet tiszta képet kapni róluk. Emiatt a halmazok felépítését sem lehet pontosan felmérni.
A Gaia elsőként az Omega Centauri, a Földről látszó legnépesebb gömbhalmaz esetében próbálta kitölteni ezt a lyukat. Ahelyett, hogy a megszokott módon az egyedi csillagokra koncentrált volna, az űrtávcső egy speciális üzemmód segítségével az egész halmazt leképezte, ahányszor csak a látómezejébe került.
Az Omega Centauri gömbhalmaz képe, egyesítve a korábbi és új adatokat. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC)
„Csak az Omega Centauriban félmillió új csillagot találtunk, amelyeket eddig a Gaia nem látott – és ez csak egyetlen halmaz” – mondta el Katja Weingrill, a németországi Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) munkatársa és a szakcikk vezető szerzője.
„Ez nem csak a lyukak kitöltéséről szól, bár az is fontos” – tette hozzá Alekszej Mintsz, szintén a potsdami AIP munkatársa és a cikk társszerzője. „Az új mérések lehetővé tették, hogy olyan csillagokat is detektáljunk, amelyek a Gaia hagyományos adatfeldolgozási eljárásai számára túl közel vannak egymáshoz. Az új adatok segítségével vizsgálhatjuk a halmaz felépítését, a benne található csillagok eloszlását, a mozgásukat és így tovább, teljes és átfogó térképet összeállítva az Omega Centauriról. Ennek során e csodás égi eszköz, a Gaia teljes potenciálját kihasználjuk.”
Az eredmények egyértelműen túlszárnyalják az űrtávcső tervezett képességeit. A konzorcium egy olyan megfigyelési módot vetett be, amely eredetileg csak annak ellenőrzésére szolgált, hogy a Gaia műszerei rendben működnek-e, ennek során azonban az űrtávcső nem rögzített adatokat. „Ezt nem is terveztük tudományos célra használni, ami még izgalmasabbá teszi az eredményeket” – mondta még el Katja Weingrill.
Az űrtávcső jelenleg nyolc másik területet térképez fel ezzel a módszerrel, ennek eredményei a negyedik adatközlésben jelennek majd meg. Az adatok segíteni fognak a csillagászoknak e kozmikus építőelemek működésének megértésében. Ez kulcsfontosságú lépés lesz ahhoz, hogy igazolják galaxisunk korát, meghatározzák a középpontját, kiderítsék, hogy milyen ütközéseken ment át, ellenőrizzék a galaxisok fejlődési modelljeit, és következtessenek akár magának az egész Univerzumnak a korára is.
Lencsék nyomában: Gaia, a váratlan kozmológus
Bár a Gaia nem kozmológiai célokra készült, az emberiség kozmosszal kapcsolatos legnagyobb kérdéseire válaszokat rejtő, megfoghatatlan és izgalmas objektumokat, gravitációs lencséket is vizsgál, így új eredményei a távoli világegyetemről is szolgáltatnak adatokat.
Gravitációs lencsézésről akkor van szó, amikor egy távoli objektum képe eltorzul a megfigyelő és az objektum között elhelyezkedő további tömeg, például egy csillag vagy galaxis jelenléte miatt. Ez a köztes tömeg óriási nagyítólencseként működik, amely felerősíti a távoli forrás fényességét, és többszörös képet vetít róla az égboltra. E különös és ritka jelenségek lenyűgöző látványt nyújtanak, emellett hatalmas tudományos értékkel is bírnak, mivel egyedülálló nyomokat tárnak fel az Univerzum legkorábbi napjairól és első objektumairól.
„A Gaia egy igazi lencsemágnes” – mondja Christine Ducourant, a francia Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux munkatársa. „A Gaiának köszönhetően rájöttünk, hogy az általunk látott objektumok egy része nem egyszerű csillag, még ha annak is tűnnek. Ezek valójában nagyon távoli, lencsézett kvazárok, vagyis rendkívül fényes, energikus galaxismagok, amelyeket fekete lyukak táplálnak. Most 381 erős jelöltet mutatunk be, amelyek lencsézett kvazárok lehetnek, és közülük 50 esetében ezt nagyon is valószínűnek tartjuk. Ez a lista aranybánya a kozmológusok számára, amely a valaha egyszerre közzétett legnagyobb számú jelöltet tartalmazza."
Felül: három lencsézett kvazár képe a Pan-STARRS felmérés képein, a Gaia által azonosított forrásokat bejelölve. Alul: a lencsére létrehozott szintetikus kép, amely a kvazár összes lencsézett képét tartalmazza. (Forrás: „Gaia Focused Product Release: A catalogue of sources around quasars to search for strongly lensed quasars”, Gaia Collaboration, A. Krone-Martins et al. 2023)
A lencsézett kvazárok megtalálása nagy kihívás. Egy rendszer lencsézett képei összeolvadhatnak az égbolton, ezzel félrevezetve a kutatókat. Emellett ezek a kvazárok nagyon messze vannak a galaxisunktól, ami halvánnyá és nehezen észrevehetővé teszi őket.
„A Gaiában az a nagyszerű, hogy az egész égboltot végigpásztázza, így anélkül is kereshetünk lencséket, hogy tudnánk, merre kellene látni őket” – tette hozzá Laurent Galluccio, a francia Université Côte d’Azur kutatója. „A Gaia az első misszió, amely a teljes égbolton nagy felbontással elvégezte a gravitációs lencsék felmérését.”
A Gaia kozmológiai kiterjesztésének köszönhetően összekapcsolható a munkája a nemrég pályára állított, szintén európai Euclid űrtávcsővel, amely a sötét Univerzum titkait fogja kutatni. Bár nagyon eltérő dolgokra koncentrálnak – az Euclid galaxisok milliárdjait térképezi fel, a Gaia pedig csillagok milliárdjait a mi galaxisunkban –, a Gaia felfedezte kvazárok fontos támpontot jelentenek majd az Euclid számára is.
Kisbolygók, összeadott csillagfény és pulzáló csillagok
A most közzétett további szakcikkek még több új eredménnyel szolgálnak a minket körülvevő izgalmas és néha rejtélyes égitestekről. Az egyik például a Naprendszert benépesítő kisbolygókról tartalmaz új információkat. Az új mérési adatok közel megkétszerezett megfigyelési idővel születtek, lehetővé téve, hogy a kutatók hússzor pontosabban határozzák meg több mint százötvenezer kis égitest pályáját. Ez többek között bolygónk védelme szempontjából is nagyon fontos eredmény. Később, a negyedik adatközlés keretében pedig még egyszer ennyi kisbolygó, valamint üstökösök és holdak pontosabb pályái is elérhetővé válnak majd.
Kisbolygók a belső Naprendszerben és a Föld környezetében. (Forrás: állókép videóból: https://youtu.be/XYir3bQMfgQ, Stefan Jordan, Toni Sagristą, Paolo Tanga with Gaia Sky)
Egy másik szakcikkben a Tejútrendszer korongját térképezték fel a csillagok fényében látható gyenge jelek, valamint a csillagok között lebegő gáz és por halvány lenyomatainak felhasználásával. A kutatók ehhez hatmillió csillag színképét összesítették, hatalmas adatbázist összeállítva a gyenge színképvonalakról, amelyeket még sosem vizsgáltak ilyen nagy mintán. A remények szerint ezek az adatok lehetővé teszik majd, hogy a vonalak eredetét is beazonosíthassák, amelyről most azt gyanítják, hogy egy összetett szerves molekula lehet. A jel származásának felderítése segíthet majd a galaxisunkban végbemenő összetett, összefonódó fizikai és kémiai folyamatok tanulmányozásában, valamint abban, hogy jobban megértsük a csillagok között található anyag tulajdonságait.
Az egyik diffúz csillagközi sáv erőssége a Tejútrendszerben, 5400 fényévre a Naptól. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC)
Végül, de nem utolsósorban egy további szakcikk tízezer pulzáló és kettős vörös óriáscsillag dinamikáját mutatja be az eddig elérhető legnagyobb ilyen adatbázisban. E csillagok kulcsfontosságúak a kozmikus távolságok kiszámításában, a csillagok jellemzőinek és fejlődési útjainak vizsgálatában. A fényességváltozásokat már közreadta a konzorcium a harmadik adatközlésben, a mostani katalógus ezt egészíti ki a látóirányú sebesség spektroszkópiából származó változásaival. Ez lehetővé tette például, hogy elkülönítsék a kettőscsillagok keringéséből eredő mozgásokat a csillagfelszín pulzáció okozta mozgásától, akkor is, amikor a fényességváltozások nagyon hasonlóak. Az új adatközlés segítségével a kutatók jobban megérthetik, hogyan változnak ezek a lenyűgöző csillagok az idő múlásával.
Az újonnan katalogizált vörös óriáscsillagok az égen. Piros: pulzáló csillagok. Kék: elnyúlt kettőscsillagok. Zöld: egyéb lassú változást mutató vörös óriások. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC)
„Az új adatközlés ismét megerősíti a Gaia alapvető és széles körű fontosságát – még olyan témákban is, amelyek vizsgálatára nem is terveztük” – mondta el Timo Prusti, a Gaia projektvezető kutatója az Európai Űrügynökségnél. „Bár fő célja a csillagok felmérése, a Gaia minden mást is vizsgál, a Naprendszer kis égitestjeitől a milliárd fényévekre található, többszörösen leképezett kvazárokig, messze túl a Tejútrendszer határain. A küldetésünk egészen egyedülálló betekintést nyújt Világegyetemünkbe, és mindent megteszünk, hogy a legtöbbet kihozzuk ebből a nagyon széles, teljes égboltot lefedő nézőpontból.”
A következő lépések
Az űrtávcső várhatóan 2025-ig lesz üzemképes, de az általa összegyűjtött hatalmas adatmennyiség még évekre elég munkát ad majd a magyar részvétellel működő konzorciumnak. „A Gaia egyértelműen az európai űrcsillagászat zászlóshajója. Részvételünk az ESA-missziókban jelzi, hogy a magyar csillagászok ott vannak a tudomány élvonalában. Nem egyszerűen csak felhasználjuk a kiadott adatokat, hanem részt veszünk az előállításukban is” – összegezte Molnár László, a HUN-REN CSFK CSI munkatársa és a Gaia konzorcium tagja.
A Gaia előző, a Tejútrendszer legrészletesebb térképét bemutató harmadik adatközlése 2022 júniusában jelent meg. A korábbi harmadik, illetve a mostani célzott adatközlésre épülő következő, negyedik adatközlés legkorábban 2025 végére várható. Ennek segítségével a csillagászok a tervek szerint még pontosabban megismerhetik a csillagok színét, helyzetét és mozgását, felmérhetik a változócsillagokat és a többes csillagrendszereket, kvazárokat és galaxisokat azonosíthatnak, új exobolygó-jelölteket gyűjthetnek össze, emellett számos váratlan felfedezést is rejthetnek az adatok.
A Gaia FPR adatközlésben a HUN-REN CSFK-ból Ábrahám Péter, Kóspál Ágnes, Kun Mária, Marton Gábor, Molnár László, Nagy Zsófia, Plachy Emese és Szabados László vett részt.
A projektet bemutató videók:
- A csillagközi anyag gyenge vonalainak eloszlása: https://youtu.be/PracHhO435o
- Sokkal pontosabb kisbolygópályák (angol hanggal): https://youtu.be/7lGbYjJWBbs
- Gravitációs lencsék keresése (angol hanggal és felirattal): https://youtu.be/_XYr2MmjLZo
- Gravitációs lencsék keresése (hang és felirat nélkül): https://youtu.be/eRPcypOlULw
- Az Omega Centauri felmérése (hang nélkül): https://youtu.be/OcyS-tb_pJg
- Az Omega Centauri felmérése (angol hanggal): https://youtu.be/xjNgOnYJwIw
- Még félmillió csillag az Omega Centauriban (angol hanggal): https://youtu.be/AAGk0BxCu40
- Még félmillió csillag az Omega Centauriban (hang nélkül): https://youtu.be/uYrult1-M7c
- Hosszú periódusú változócsillagok: https://youtu.be/DvncrQ-FDOk
További részletek a Gaia célzott adatközlésről:
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/focused-product-release
Forrás: esa.int